CN102470749B - 燃料系统和车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明提供能够一种提高泄漏检测的操作性的燃料系统和车辆。燃料系统包括多个燃料贮藏源、将各燃料贮藏源相对于填充口并列连接的填充配管、和将各燃料贮藏源相对于燃料供给目的地并列连接的供给配管。将设置在填充配管中的配管的分支点的填充歧管部、和设置在供给配管中的配管的分支点的供给歧管部一体化，构成一体型歧管。一体型歧管具有构成为能够将检测泄漏用的流体导入到填充配管和供给配管的泄漏检测口。

Description

燃料系统和车辆
技术领域
本发明涉及包括多个燃料贮藏源、将各燃料贮藏源相对于填充口并列连接的填充配管、和将各燃料贮藏源相对于燃料供给目的地并列连接的供给配管的燃料系统。另外，本发明涉及搭载有这样的燃料系统的车辆。
背景技术
作为这种燃料系统，已知有将四个氢气罐分别经由填充配管和供给配管相对于填充口和燃料电池并列连接的燃料电池系统(参照专利文献1)。填充口和各氢气罐由在途中从一个系统分支为四个系统的填充配管连接。另外，燃料电池和各氢气罐由在途中从四个系统合并为一个系统的供给配管连接。
进行从这样的配管的分支部/汇合部以及配管本身等是否有氢气泄漏的检查，即进行泄漏检测对于燃料电池系统是必要的工序。因此在专利文献1中记载了在进行填充配管侧的泄漏检测时，是从填充口导入惰性气体。另外，在进行供给配管侧的泄漏检测时，是从设置于供给配管的泄漏检测点(阀)导入惰性气体。
专利文献1：日本特开2002-372197(图1、段落0022～0025)
然而，在这样的泄漏检测方法中需要分别在填充配管侧和供给配管侧导入惰性气体。因此，最少需要进行两次泄漏检测作业因而效率很低。然而若只进行一次惰性气体的导入时，一旦将惰性气体从填充配管导入到氢气罐内，则必需将该导入的惰性气体从氢气罐排出到供给配管。因此，泄漏检测时需要大量的惰性气体而且花费时间。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够提高泄漏检测的操作性的燃料系统和车辆。
为了实现上述目的，本发明的燃料系统包括：多个燃料贮藏源、将各燃料贮藏源相对于填充口并列连接的填充配管、和将各燃料贮藏源相对于燃料供给目的地并列连接的供给配管，其中，该燃料系统还包括一体型歧管，该一体型歧管将设置在填充配管中的配管的分支点的填充歧管部、和设置在供给配管中的配管的分支点的供给歧管部一体化。一体型歧管具有构成为能够将检测泄漏用的流体导入到填充配管和供给配管的泄漏检测口。
根据本发明，在泄漏检测时，即使不将检测泄漏用的流体分别导入填充配管和供给配管，通过一体型歧管也能够同时导入填充配管和供给配管。因此能够减少泄漏检测的作业工时。另外，在泄漏检测时无需将检测泄漏用的流体导入到燃料贮藏源。此外，由于将填充歧管部和供给歧管部一体化，因此与分开设置的情况相比能够实现部件的共用化和小型化，能够提高配管的装配性和配管路径的简洁化。
优选为，填充配管包括：从填充口到填充歧管部的共用填充配管、和从填充歧管部到各燃料贮藏源的多个单独填充配管。另外，供给配管包括：从燃料供给目的地到供给歧管部的共用供给配管、和从供给歧管部到各燃料贮藏源的多个单独供给配管。
更优选为，一体型歧管包括：与共用填充配管和单独填充配管连通的填充流路；与共用供给配管和单独供给配管连通的供给流路；连接填充流路与供给流路之间的连通流路；以及用于开闭连通流路的阀。通过开启阀而将来自泄漏检测口的流体同时导入到填充流路和供给流路。
根据该构成，在泄漏检测时通过开启阀将检测泄漏用的流体经由填充流路和供给流路导入到共用/单独的填充配管和供给配管。另一方面，在不需要泄漏检测时(例如，通常情况下)通过关闭阀就能够截止填充配管与供给配管的连通。
更优选为，泄漏检测口形成于阀。
根据该构成，能够有效地利用阀来设置泄漏检测口，从而能够减少部件的件数。
更优选为，阀可以是具有手动操作部的手动阀，泄漏检测口可以形成于手动操作部。
根据该构成，与电磁阀相比能够实现小型化，并且能够将用于泄漏检测的操作(向泄漏检测口安装外部设备的连接操作、阀的开放操作)的部分集中，因此能够减小操作用的空间。
根据本发明的一个优选实施方式，填充歧管部和供给歧管部可以设置为：在一体型歧管中相互邻接。
根据该构成，能够提高向填充歧管部和供给歧管部安装配管的装配性。
根据本发明的一个优选实施方式，燃料贮藏源可以是贮藏燃料气体的高压罐，燃料供给目的地可以是燃料电池。
本发明的车辆是搭载有上述的本发明的燃料系统，并在多个燃料贮藏源之间配设有一体型歧管的车辆。
由此，能够提供一种将配管配置简洁化且容易确保与其他部件的间隙的车辆。
优选为，车辆可以在多个燃料贮藏源之间具有两个横向构件。可以在一个横向构件上安装有一体型歧管，在另一个横向构件上安装有设置在供给配管上的调节器。
根据该构成，与在一个横向构件上安装一体型歧管和调节器的情况相比，易取得部件间的空间，因此能够提高安装的操作性等。
附图说明
图1是表示实施方式涉及的燃料系统的构成图；
图2是表示图1的燃料系统中的一体型歧管附近的构成图；
图3是用截面表示图2的一体型歧管的构成的图，是表示关闭了阀的通常情况的状态的图；
图4是用截面表示图2的一体型歧管的构成的图，是表示开启了阀的泄漏检测时的状态的图；
图5是表示搭载了图1的燃料系统的车辆的一部分的图；
图6是表示比较例涉及的燃料系统的构成图；
图7是表示搭载了图6的燃料系统的车辆的一部分的图；
图8是用截面表示其他实施方式涉及的燃料系统中的一体型歧管的构成的图，是表示关闭了阀的通常情况的状态的图；
图9是用截面表示其他实施方式涉及的燃料系统中的一体型歧管的构成的图，是表示开启了阀的泄漏检测时的状态的图。
具体实施方式
下面，参照附图对本发明的优选实施方式涉及的燃料系统和车辆进行说明。在此，作为燃料系统是以燃料电池系统为例进行说明。燃料电池系统能够搭载于燃料电池汽车(FCHV)、电动汽车、混合动力汽车等车辆。然而，燃料电池系统也能够适用于车辆以外的各种移动体(例如，船舶、飞机、机器人等)或固定式电源。
如图1所示，燃料电池系统1包括：燃料电池2、燃料气体系统3以及氧化气体系统。燃料气体和氧化气体统称为反应气体。燃料气体例如是氢气，氧化气体例如是空气。
燃料电池2例如由固体高分子电解质型构成，具有将多个单电池层积的层叠结构。另外，在图1中为了便于说明而将单电池的结构示意地表示为燃料电池2。单电池具有包括电解质膜10、燃料极11以及空气极12的MEA(膜电极接合体)13。电解质膜10例如由由氟系树脂形成的离子交换膜而构成。燃料极11和空气极12设置在电解质膜10的两面。单电池具有从两侧夹持燃料极11和空气极12的一对隔板14、15。燃料电池2通过供给到隔板14的燃料气体流路16的燃料气体与供给到隔板15的氧化气体流路17的氧化气体的电化学反应而产生电力。由燃料电池2发电的电力被供给到牵引电动机等的负荷18。
燃料气体系统3包括：两个燃料箱21a、21b、在途中分支的填充配管22、在途中汇合的供给配管23。燃料箱21a、21b可以是贮藏高压氢气的高压罐，或者贮藏能够可逆地吸藏和排放氢气的氢气吸藏(储氢)合金的氢气吸藏罐的任意一种。如果是高压罐，例如贮藏35MPa或70MPa的氢气气体。燃料箱的数量是2以上即可，例如可以为四个。另外，虽省略图示但能够将从燃料电池2排出的燃料废气再次引导到供给配管23，使其循环到燃料电池2。
燃料箱21a、21b经由填充配管22与填充口24并列连接，并且经由供给配管23相对于作为燃料供给目的的燃料电池2并列连接。在填充燃料气体时，填充口24与燃料气体填充装置(例如燃料气体站)的填充喷嘴连接。在填充口24上设置有逆止阀25(单向阀)，逆止阀25阻止逆流的燃料气体从填充口24排放到外部。
燃料箱21a、21b将一体地安装有各种阀、传感器等的阀总成26a、26b(阀组件)螺纹连接。燃料箱21a、21b经由阀总成26a、26b进行燃料气体的填充和排放。在阀总成26a、26b与填充配管22连通的通路上具有手动阀27a、27b，在与供给配管23连通的通路上具有截流阀28a、28b。截流阀28a、28b例如由电磁截流阀构成，用于截止从对应的燃料箱21a、21b排放的燃料气体。另外，可以在阀总成26a、26b上安装调节器等。
填充配管22的构成包括：与填充口24连通的单一系统的共用填充配管30、和与燃料箱21a、21b连通的二分系统的单独填充配管31a、31b。这样在途中分支成两股的填充配管22的分支点设置有连接配管30、31a、31b的一端的填充歧管部32。从填充口24供给的燃料气体在填充歧管部32被分配而填充到燃料箱21a、21b。
供给配管23的构成包括：与燃料电池2连通的单一系统的共用供给配管40、与燃料箱21a、21b连通的二分系统的单独供给配管41a、41b。这样在途中分支成两股的供给配管23的分支点设置有连接配管40、41a、41b的一端的供给歧管部42。从燃料箱21a、21b排放的燃料气体在供给歧管部42合流，并被位于配管40上的调节器43调压后供给到燃料电池2。另外，在只开启截流阀28a、28b中的一方的情况下，只从燃料箱21a、21b中的一方排放燃料气体供给到燃料电池2，而不是在供给歧管部42接受燃料气体的合流。
如图2所示，填充歧管部32和供给歧管部42作为一个部件被一体化从而构成一体型歧管50。在一体型歧管50中，填充歧管部32和供给歧管部42设置为相互邻接。一体型歧管50包括：用于连接上述填充侧的配管30、31a、31b的一端的连接口51、52a、52b，和用于连接供给侧的配管40、41a、41b的一端的连接口61、62a、62b。另外，一体型歧管50包括泄漏检测时使用的泄漏检测口65。
如图3和图4所示，一体型歧管50包括：在内部形成有气体流路的歧管主体71、和安装于歧管主体71的阀72。歧管主体71例如用抗氢脆的材料(例如SUS316L等)形成。歧管主体71在图示的下半部具有填充侧的连接口51、52a、52b，在图示的上半部具有供给侧的连接口61、62a、62b。由此，在一体型歧管50中，填充歧管部32与供给歧管部42为相互邻接。另外，在歧管主体71的图示的下半部，在与填充侧的连接口52b相反侧的位置上还设置有泄漏检测口65。
在歧管主体71内形成有：与填充配管22的配管30、31a、31b连通的填充流路74；与供给配管23的配管40、41a、41b连通的供给流路75。填充流路74包括从分支点74a向三个方向延伸的三条流路，通往填充口24的流路向下方延伸，通往燃料箱21a、21b的两条流路在同一平面内从图3和图4的纸面垂直向上(手前方向)延伸和从图3和图4的纸面向右方向延伸。供给流路75包括从分支点75a向三个方向延伸的三条流路，通往调节器43的流路向上方延伸，通往燃料箱21a、21b的两条流路在同一平面内向左方向和右方向延伸。通过这样的构成，能够将与一体型歧管50连接的源自燃料箱21a、21b的配管(31a，31b，41a，41b)在填充侧和供给侧上下分开，从而在同一平面内进行处理。由此能够提高配管的装配性。
另外，在歧管主体71内形成有连接填充流路74的分支点74a和供给流路75的分支点75a的旁通流路76(连通流路)。旁通流路76通过阀72进行开闭。在关闭了阀72的状态的图3中，填充流路74与供给流路75之间被截止。另一方面，在开启了阀72的状态的图4中，填充流路74与供给流路75之间以能够使流体移动的方式连通。
阀72在通常情况下(包括燃料气体填充时和燃料气体供给时)闭阀，主要在泄漏检测时开阀。阀72被拧入歧管主体71的开口部，通过在其开口部内进退来开闭旁通流路76。作为阀72的种类，可以用手动阀或电气驱动阀(电磁阀、电动阀等)等，在此是用手动阀。另外，在用电气驱动阀构成阀72的情况下，可以用直动式和引导式中的任意一种。
阀72包括手动操作部80、阀体82以及泄漏检测通路83。手动操作部80是在闭阀状态下露出到歧管主体71外侧的部分，通过将泄漏检测口65固定于六边形状的螺栓头部80a而构成。另外，只要是用户能够进行手动操作的结构，则手动操作部80的结构不限定于上述结构。手动操作部80与阀体82连结，通过用户的手动操作使阀体82相对于阀座84在轴向上移动。
阀体82通过与阀座84的分离、接合来开闭旁通流路76。阀体82形成作为与阀座84分离、接合的部分，在轴向前端侧的外周面具有圆锥状的密封面86的阀座84形成作为歧管主体71的一部分。然而，也可以利用金属密封等的密封部件来形成阀座84，并将该密封部件安装在歧管主体71内的预定位置。在阀体82的轴向中间部的外周面上安装有O形环87和(密封)挡圈88，利用O形环87进行密封使得旁通流路76内的流体不流出到手动操作部80侧的外部。
泄漏检测通路83形成为贯通手动操作部80和阀体82的轴心。泄漏检测通路83的两端成为开放端，一个开放端形成于阀体82的平坦的前端面，在开阀时对旁通流路76开口。另一开放端形成于泄漏检测口65的端面。该开放端在通常情况下被栓90闭塞，另一方面，在泄漏检测时取下栓90而对外部开口，从而能够从外部导入检测泄漏用的流体。
图5是针对搭载有燃料电池系统1的车辆100，表示燃料气体系统3附近的配置的一个例子的俯视图。
例如普通轿车型的车辆100在车体的后侧具有填充口24，在后侧的下方搭载燃料箱21a、21b并固定。车体的车身框架102具有在车宽度方向上延伸的两个横向构件104a、104b，和在车辆前后方向上延伸的侧构件105。侧构件105与省略了图示的另一个侧构件一起支持横向构件104a、104b的端部。另外，在车体的前部除了燃料电池系统1的各种构成设备(例如燃料电池2)以外，还配置有产生车辆100的推进力的牵引电动机(负荷18)、动力控制单元等。
燃料箱21a、21b是使阀总成26a、26b位于与填充口24相同侧，以横向水平姿势并且在车辆前后方向上并列搭载。燃料箱21a、21b利用省略了图示的托架或台座，固定于相比侧构件105在内侧的车身框架102。横向构件104a、104b位于搭载的燃料箱21a、21b之间。在横向构件104a上安装有调节器43，在横向构件104b上安装有一体型歧管50。一体型歧管50的阀72是将泄漏检测口65朝向横向构件104a侧配置，在泄漏检测口65与横向构件104a之间，确保能够到达手动操作部80(泄漏检测口65)的空间。
接下来，从泄漏检测和配管装配性的观点出发说明本实施方式的作用效果，在此之前首先说明图6和图7所示的比较例。在图6和图7中，对于与本实施方式相同/同样的构成部件是在相同的符号上标记“′”。比较例与本实施方式的不同点主要在于，歧管的一体化、泄漏检测口以及歧管的车辆搭载位置。
具体而言，如图6所示，填充歧管部32′和供给歧管部42′未一体化。此外，在填充歧管部32′和供给歧管部42′上分别设置有泄漏检测口65′、65′。另外，如图7所示，填充歧管部32′安装于横向构件104b′，供给歧管部42′安装于横向构件104a′。
1.关于泄漏检测
燃料气体系统的泄漏检测是在装配了配管后为了确认连接部的密封性而进行的。泄漏检测是将检测泄漏用的流体以高压(例如5～80MPa)供给到燃料气体系统内，并将检测仪靠近泄漏检测部位，用检测仪来检测有无流体泄漏。作为检测泄漏用的流体，例如可以用氦气等惰性气体，优选采用气体。在以下的说明中，将检测泄漏用的流体称为泄漏检测气体。另外，导入检测泄漏用的流体这一概念包括导入检测泄漏用的压力的概念。
在图6所示的比较例的构成的情况下，泄漏检测是在填充侧和供给侧分别进行。具体而言，首先，从填充歧管部32′的泄漏检测口65′导入泄漏检测气体，来检测从填充歧管部32′的连接部(接头)(51′，52a′，52b′)等有无气体泄漏。另外，此时，阀总成26a′、26b′的手动阀27a′、27b′是关闭的。接着，从供给歧管部42′的泄漏检测口65′导入泄漏检测气体，检测从供给歧管部42′的连接部(61′，62a′，62b′)等有无气体泄漏。此时，阀总成26a′、26b′的截流阀28a′、28b′是关闭的。
与此相对，在本实施方式的情况下，能够同时对填充侧和供给侧进行泄漏检测。具体而言，首先，关闭图2所示的阀总成26a′、26b′的手动阀27a′、27b′和截流阀28a′、28b′，将燃料箱21a、21b内的空间与燃料气体系统3的其他空间隔断。然后，打开图4所示的阀72，将填充系统(填充配管22、填充流路74)与供给系统(供给配管23、供给流路75)连通。之后，将检测泄漏用配管与泄漏检测口65连接，并将泄漏检测气体导入泄漏检测通路83。于是，泄漏检测气体如图4所示的点划线箭头110那样流动，从而同时被导入填充系统(填充配管22、填充流路74)和供给系统(供给配管23、供给流路75)。
因此，根据本实施方式，能够检测从填充歧管部32和供给歧管部42的所有连接部(51，52a，52b，61，62a，62b)等有无气体泄漏。因此，与反复导入泄漏检测气体的比较例相比，能够将泄漏检测的作业工时实质上减半。另外，根据本实施方式，在取下填充配管22前通过开启阀72就能够将填充配管22内积蓄的压力释放到供给配管23内。因此在保养车辆时，特别是在取下填充配管22时非常有用。
2.配管的装配性
在图7所示的比较例的构成的情况下，燃料箱21a′、21b′附近的配管路径变得复杂。这是因为配管彼此的交叉部(交叉的部分)较多。例如，填充侧的配管31a′与供给侧的配管41a′、41b′交叉。另外，由于在横向构件104a′侧配管部件很密集，因此难以确保与其他部件的间隙，例如也难以确保用于将供给配管23′与供给歧管部42′连接的工具用的间隙。
与此相对，在图5所示的本实施方式的情况下，能够取消填充侧的配管31a与供给侧的配管41a、41b的交叉部。能够像这样将配管配置简洁化，是因为将填充歧管部32与供给歧管部42进行了一体化。另外，利用一体型歧管50能够减少向车体安装的部位，因此能够节约车辆搭载空间。此外，在横向构件104a上安装调节器43，在横向构件104b上安装一体型歧管50。因此，容易取得两者间的空间，不仅提高了上述部件的安装的操作性，而且能够提高填充配管22和供给配管23向一体型歧管50安装的装配性。
特别是，通过上述的一体型歧管50的填充歧管部32与供给歧管部42的位置关系，更详细地说通过位于其上的连接口(51，52a，52b，61，62a，62b，65)的位置关系，能够提高填充配管22和供给配管23的装配性。例如，如图5所示，能够使泄漏检测口65面向在燃料箱21a、21b间被确保得比较宽敞的空间，因此能够提高配管向泄漏检测口65安装的连接操作性。
其他实施方式
接下来，参照图8和图9，以与上述实施方式的不同点为中心对其他实施方式涉及的一体型歧管进行说明。主要的不同点在于：将泄漏检测口65和泄漏检测通路83形成于与阀72不同的位置。另外，在以下的说明和图8、图9中，对于与图2等表示的上述实施方式相同的部件标记相同的符号并省略说明。
泄漏检测口65设置在歧管主体71的图示的上半部，与供给侧的连接口62a、62b位于同一平面内并位于从图8和图9的纸面向上延伸侧(手前侧)。在泄漏检测口65和歧管主体71上形成有泄漏检测通路83，泄漏检测通路83的一个开放端与供给流路75的分支点75a连通。
根据本实施方式，与上述实施方式同样，在关闭了阀72的状态下填充流路74与供给流路75之间被截止，另一方面，在开启了阀72的状态下填充流路74与供给流路75之间以使流体能够移动的方式连通。因此，即使根据本实施方式也能够起到与上述实施方式同样的作用效果。
产业上的实用性
本发明的燃料系统不限于上述的燃料电池系统，也能够适用于例如以天然气为燃料的系统以及具备该系统的车辆。
图中符号说明：
1：燃料电池系统(燃料系统)；2：燃料电池；21a、21b：燃料箱；22：填充配管；23：供给配管；24：填充口；30：共用填充配管；31a、31b：单独填充配管；32：填充歧管部；40：共用供给配管；41a、41b：单独供给配管；42：供给歧管部；43：调节器(レギユレ一タ)；50：一体型歧管；65：泄漏检测口；72：阀；74：填充流路；75：供给流路；76：旁通流路(连通流路)；80：手动操作部；83：泄漏检测通路；100：车辆；104a、104b：横向构件。

Claims (9)

1.一种燃料系统，包括：多个燃料贮藏源、将各燃料贮藏源相对于填充口并列连接的填充配管、和将各燃料贮藏源相对于燃料供给目的地并列连接的供给配管，其中，
该燃料系统还包括一体型歧管，该一体型歧管将设置在所述填充配管中的配管的分支点的填充歧管部、和设置在所述供给配管中的配管的分支点的供给歧管部一体化，
在所述一体型歧管设有构成为能够将检测泄漏用的流体导入到所述填充配管和所述供给配管的泄漏检测口。
2.根据权利要求1所述的燃料系统，其中，
所述填充配管包括：从所述填充口到所述填充歧管部的共用填充配管、和从所述填充歧管部到各燃料贮藏源的多个单独填充配管，
所述供给配管包括：从所述燃料供给目的地到所述供给歧管部的共用供给配管、和从所述供给歧管部到各燃料贮藏源的多个单独供给配管。
3.根据权利要求2所述的燃料系统，其中，
所述一体型歧管包括：
与所述共用填充配管和所述单独填充配管连通的填充流路；
与所述共用供给配管和所述单独供给配管连通的供给流路；
连接所述填充流路与所述供给流路之间的连通流路；以及
用于开闭所述连通流路的阀，
并且构成为：通过开启所述阀而将来自所述泄漏检测口的所述流体导入到所述填充流路和所述供给流路。
4.根据权利要求3所述的燃料系统，其中，
所述泄漏检测口形成于所述阀。
5.根据权利要求4所述的燃料系统，其中，
所述阀是具有手动操作部的手动阀，
所述泄漏检测口形成于所述手动操作部。
6.根据权利要求1至5中的任意一项所述的燃料系统，其中，
所述填充歧管部和所述供给歧管部设置为：在所述一体型歧管中相互邻接。
7.根据权利要求1至5中的任意一项所述的燃料系统，其中，
所述燃料贮藏源是贮藏燃料气体的高压罐，
所述燃料供给目的地是燃料电池。
8.一种车辆，搭载有权利要求1至7中的任意一项所述的燃料系统，其中，
在所述多个燃料贮藏源之间配设有所述一体型歧管。
9.根据权利要求8所述的车辆，其中，
在所述多个燃料贮藏源之间具有两个横向构件，
在一个横向构件上安装有所述一体型歧管，
在另一个横向构件上安装有设置在所述供给配管上的调节器。
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